Простой регулируемый блок питания 0,8-34 В, до 10 А на LM317 с транзистором, схема, пояснение работы

Простой регулируемый блок питания 0,8-34 В, до 10 А на LM317 с транзистором, схема, пояснение работы.

В этой статье предлагаю разобрать весьма неплохой регулируемый трансформаторный блок питания, линейный стабилизатор которого собран на базе микросхемы LM317. Данный блок питания, при использовании именно таких электронных компонентов, что нарисованы на схеме, способен обеспечить максимальное выходное напряжение до 34.5 вольт. Это напряжение ограничено самой микросхемой линейного стабилизатора напряжения, а именно максимальное выходное напряжение на LM137 это 36 вольт, ну и минус около 0,6-1.5 вольта, которые осядут на база-эмиттерном переходе транзистора. Максимальный ток у блока питания может быть до 10 ампер, но при определенных условиях, о которых будет сказано ниже в этой статье. Коэффициент пульсаций у этого БП равен где-то 0,1%.

Перечень электронных компонентов, что используются в этой схеме:

Tr1 — трансформатор на 26 вольт и выходной ток до 10 ампер (280 Вт и более)
VD1 — диоды или мост на ток более 10 А и обратное напряжение более 40 В
D1 — микросхема линейного стабилизатора типа LM317, LM338, LM350
VT1 — биполярный транзистор типа КТ819, КТ829 и аналогичные
R1 — 5 кОм
R2, R3 — 240 Ом
R4 — 3-10 кОм
R * — от 1 кОм до 5 кОм подбирается под нужное выходное напряжение
C1 — 5000-10000 мкф и напряжение больше рабочего напряжения
C2 — 10 мкф
C3 — 470 мкф

Сразу стоит заметить для новичков, что это блок питания с линейным стабилизатором напряжения. То есть, при регулировке выходного напряжения все лишнее напряжение просто преобразуется в тепло. Оно оседает на регулируемых силовых компонентах, а именно на микросхеме стабилизатора D1 и силовом биполярном транзисторе VT1. И именно транзистор берет на себя всю лишнюю электрическую энергию и преобразует его просто в тепло, через собственный нагрев корпуса. А это значит, что чем больше тока будет потреблять нагрузка и чем меньше напряжения мы установим на выходе данного блока питания, тем меньше КПД будет этого блока питания. При минимальном напряжении на выходе и максимальном токе этот блок питания становится больше похож на электрический обогреватель. Причем в этом режиме он менее всего экономичен. К сожалению это проблема абсолютно всех линейных стабилизаторов.

Но эту проблему в значительной степени можно исправить если использовать трансформатор с несколькими выходными обмотками. То есть, мы от вторичной обмотки делаем выводы с шагом допустим 5 вольт. Находим подходящий переключатель, который нам будет подключать нужный вывод вторичной обмотки с наиболее подходящим напряжением, что мы будем использовать в конкретном случае, для конкретной нагрузки. Такой вариант переключения напряжений, что далее подается на схему стабилизатора напряжения, делает схему блока питания гораздо экономичнее, значительно повышая ее общий коэффициент полезного действия.

Теперь что касается самих рабочих компонентов этой схемы. Чтобы на выходе получить максимальное напряжение до 34.5 вольт и силу тока до 10 ампер понадобится силовой трансформатор мощностью не менее 280 Вт. Почему именно такая минимальная мощность должна быть у трансформатора. Дело в том, что максимальное входное напряжение для микросхемы D1 (LM317) 37 вольт. Но стоит учесть, что это амплитудное значение напряжения, которое будет у нас на выходе диодного моста при наличии сглаживающего конденсатора C1. Как известно, напряжение на выходе трансформатора имеет действующее значение, которое в 1,41 раза меньше амплитудного. То есть, мы 37 вольт делим на 1,41 и получаем около 26 вольт действующего напряжение, которое должна обеспечить нам вторичная обмотка имеющегося трансформатора. Следовательно, 26 вольт умножаем на 10 ампер и получаем мощность 260 Вт, ну и добавим небольшой запас по мощности с учетом различных потерь. И в итоге нам и нужен трансформатор с мощностью не менее 280 Вт. Ну, и как я ранее заметил, хорошо, чтобы он имел отводы от вторичной обмотки с шагом примерно 3-5 вольт, для повышения КПД этой схемы блока питания. Трансформатор лучше использовать тороидальный, он более эффективный, чем другие типы.

Поскольку мы будем работать с током до 10 ампер, то диодный пост также нужен с прямым током не менее 10 А, а лучше брать с запасом где-то 15-20 А. В схеме сглаживающий конденсатор C1 имеет емкость 5000 мкф, хотя лучше все же поставить микрофарад так на 10 000, сглаживание импульсов будет только лучше. Его напряжение должно быть более 35 вольт.

В схеме использована микросхема типа LM317, максимальный ток которой равен 1,5 ампер (если это оригинал, а не Китайская копия). Если у вас есть аналогичные микросхемы стабилизаторов напряжения типа LM338, LM350, рассчитанные на больший ток, то можно в схему поставить и их. Поскольку LM317 может выдержать ток всего лишь до 1,5 А, а мы планируем работать с током до 10 А, то в схему добавлен усилитель тока в виде биполярного транзистора КТ819 или КТ829 (составной). Чтобы убрать дополнительные пульсации напряжения, возникающие на выходе транзистора, в схеме предусмотрена отрицательная обратная связь в виде резистора R3. Именно этот резистор дает сигнал микросхеме, которая делает работу транзистора более стабильной. Резисторы R1 и R2 нужны для нормальной работы самой микросхемы линейного стабилизатора LM317. Напряжение на выходе задается сопротивлением R1. Резистор R4 служит небольшой нагрузкой на выходе блока питания, и также он способствует разряду выходного конденсатора после выключения схемы.

На схеме параллельно резистору R1 можно увидеть еще один резистор, отмеченный звездочкой. Он нужен, чтобы убрать с регулирующего напряжения резистора R1 так называемую мертвую зону. То есть, при работе с более низкими напряжениями (если вы сделаете блок питания на другое, более низкое напряжение) сопротивления резистора в 5 кОм будет много, и на нем появляется участок, при котором напряжение никак не меняется на выходе блока питания. Следовательно, поставив параллельно регулируемому резистору еще одни резистор с подходящим сопротивлением мы уменьшаем его величину и убираем эту самую мертвую зону.

В целом схема полностью рабочая и вполне способна выдавать ток до 10 ампер при условии, что вы будете использовать трансформатор, у которого будут дополнительные отводы на вторичной обмотке. Это нужно, чтобы уменьшить выделение тепла на биполярном транзисторе до минимума. Если же вы попытаетесь делать регулировку выходного напряжения только за счет транзистора, то даже его максимального рабочего тока не хватит, чтобы нормально рассеять все тепло, что на нем оседает. В этом случае он просто у вас сгорит. Чтобы облегчить нормальную работу биполярного транзистора параллельно ему можно поставить еще несколько штук таких же транзисторов, что распределит выделяемое тепло уже по нескольким элементам. Ну, и обязательно, как микросхема стабилизатора LM317, так и транзистор КТ819 должны быть установлены на радиатор с подходящими размерами. Включать схему без охлаждающего радиатора не рекомендуется, поскольку силовые элементы очень быстро выйдут из строя из-за перегрева.

Регулируемые стабилизаторы напряжения и тока LM317 (КР142ЕН12) и LM337
(КР142ЕН18) для источников и блоков питания.

Среди микросхем регулируемых стабилизаторов напряжения и тока одними из самых популярных являются ИМС LM317 и LM337. Благодаря своим приличным характеристикам, низкой стоимости и удобного для монтажа исполнения, эти микросхемы при минимальном наборе внешних деталей отлично справляются с функцией несложных регулируемых источников и блоков питания для бытовой и промышленной электронной аппаратуры.
Микросхемы идентичны по своим параметрам, разница заключается лишь в том, что LM317 является регулируемым стабилизатором положительного относительно земли напряжения, а микросхема LM337 — регулируемым стабилизатором отрицательного напряжения.

Аналогами стабилизатора LM317 на отечественном рынке является модификация КР142ЕН12, а LM337 — КР142ЕН18.

Если полутора ампер выходного тока покажется недостаточно, то LM317 можно заменить на LM350 с выходным током 3 ампера и LM338 — 5А. Схемы включения останутся точно такими же.

Для удобства описание поведём для более распространённого стабилизатора блока питания с положительной полярностью напряжения (LM317), но всё сказанное и нарисованное на схемах будет так же верно для стабилизаторов с минусовой полярностью (LM317). Однако важно заметить, что при смене полярности стабилизатора — необходимо также изменить на схемах: полярность включения всех диодов, электролитических конденсаторов, а также тип проводимости внешних транзисторов (в случае их наличия). И не стоит забывать, что цоколёвки у этих микросхем разные!

Начнём с главного:
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИЗАТОРОВ LM317, LM337 в корпусе TO-220:

Максимальное входное напряжение блока питания — 40 В;
Регулирование выходного напряжения — от 1,25 до 37 В;
Точность установки и поддержания выходного напряжения — 0,1%;
Максимальный ток нагрузки — 1,5 A;
Минимальный ток нагрузки — 3,5. 10 мА;
Наличие защиты от возможного короткого замыкания и перегрева;

Давайте не будем сильно отвлекаться на разнообразные любительские реализации стабилизаторов на LM317 и LM337, а сделаем основной упор на рекомендациях и схемах, приведённых в datasheet-ах на микросхемы. Типовая схема включения LM317 с функцией регулировки напряжения приведена на Рис.1

Рис.1 Типовая схема включения LM317

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты микросхемы, а конкретно — быстрого и безопасного разряда конденсаторов в случае возникновения короткого замыкания (D1 — по входу, D2 — по выходу). При выходных напряжениях менее 25 В производитель ИМС допускает работу стабилизатора без использования защитных диодов.
Конденсатор С2 снижает уровень пульсаций на выходе микросхемы на 15 дБ. Увеличение номинала этого конденсатора свыше 10 МкФ не только не приведёт к существенному снижению пульсаций, но и окажет вредное влияние на скорость реакции стабилизатора на изменение выходного напряжения.

Номинал резистора R1 жёстко определяется в техническом паспорте как 240 Ом, хотя ничего плохого не случится, если выбрать его значение в диапазоне 200. 270 Ом.
Величина R2 вычисляется исходя из формулы V_out = V_ref x (1+R2/R1) + I_adj x R2 , где
V_ref ≈ 1,25В , а I_adj ≈ 50 мкА .

Онлайн калькулятор для расчёта стабилизатора напряжения на основе LM317 (LM337).
Выходное напряжение не может принимать значений ниже 1,25 В.

На Рис.2 изображена схема интегрального стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания, собранная на всё том же регуляторе напряжения LM317 и тоже взятая из datasheet-а на микросхему.

Рис.2 Схема стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания

В начальный момент включения источника питания конденсатор C1 разряжен и представляет собой КЗ. Напряжение на эмиттере транзистора близко к нулю, соответственно напряжение на выходе микросхемы минимально и составляет величину — около 1,2 В. По мере заряда конденсатора напряжение на эмиттере растёт, напряжение на выходе микросхемы — тоже. В какой-то момент напряжение на базе достигнет значения, при котором транзистор полностью закроется, и на выходе стабилизатора установится уровень напряжения, определяемый номиналами резисторов R1, R2.
При установке защитных диодов (как это сделано на Рис.1) ничто не мешает использовать эту схему и с более высокими выходными напряжениями.

Если возникла необходимость ввести в блок питания стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки, то для этой цели также подойдёт ИМС LM317, причём схема получается ещё проще, чем в случае использования её в качестве стабилизатора напряжения.

Рис.3 Ограничитель тока на LM317

Такое устройство может быть полезно для зарядки аккумуляторов, питания светодиодов, ограничения тока нагрузки источника питания и т. д.
При выборе номинала сопротивления R1 в диапазоне 0,8. 125 Ом ограничение выходного тока будет происходить на уровнях: от 10 мА до 1,56 А, а формула, для расчёта конкретного значения тока выглядит следующим образом: I = I_adj + V_ref/R1 ≈ 1,25/R1 .

Онлайн калькулятор для расчёта стабилизатора тока на основе LM317 (LM337).

Если необходимо поиметь в хозяйстве источник, как с регулировкой выходного напряжения, так и с ограничением выходного тока, то существует возможность использовать два варианта:
1. Соединить последовательно стабилизатор тока (Рис.3) и стабилизатор напряжения (Рис.1), либо
2. Либо использовать ещё одну схему из datasheet-а.

Рис.4 Схема стабилизатора с ограничением выходного тока

Область применения схемы, приведённой на Рис.4, декларируется производителем — как зарядное устройство для 6-вольтовых аккумуляторов, но её вполне можно расширить, подключив к выходу любую нагрузку и используя обвес, взятый с типовой схемы включения (Рис.1).
Ток ограничения (стабилизации) устройства рассчитывается исходя из формулы: I ≈ 0,6//R1 , А учитывая дополнительное падение напряжения на резисторе R1, при расчёте выходного напряжения в калькуляторе — следует вводить величину Uвых, на 0,6 В превышающую необходимое значение.

Теперь что касается умощнения микросхем. Здесь datasheet также предполагает 2 варианта:
1. Параллельное соединение микросхем, но не примитивное (как порой можно встретить на некоторых интернет просторах), а довольно сложное, посредством ОУ и дополнительного транзистора. Эту схему я не вижу особого смысла рассматривать ввиду того, что подобную задачу можно решить более гуманными методами.
2. Умощнение внешним транзистором (Рис.5):

Рис.5 Умощнение стабилизатора напряжения на LM317 внешним транзистором

Силовой умощняющий транзистор следует выбирать исходя из максимального тока нагрузки и максимальной мощности, рассеиваемой на нём.
До того момента, когда падение напряжения на резисторе R1 достигнет уровня 0,6. 0,7 В транзистор закрыт, и весь ток в нагрузку течёт через микросхему стабилизатора. При достижении указанного уровня падения напряжения транзистор приоткрывается и также начинает отдавать ток в нагрузку, разгружая тем самым микросхему. Чем больше ток — тем сильнее открыт транзистор, тем большее относительное значение тока через него протекает в нагрузку.
Главный вопрос, возникающий у радиолюбителя — какого номинала следует выбирать резистор.
Для начала надо задаться некой величиной тока, протекающего через ИМС стабилизатора Ireg , не слишком большой (чтобы микросхема не сильно грелась), но и не слишком малой (для сохранения её стабильной и устойчивой работы). Обычно величина это тока выбирается в пределах 0,1. 0,3 А.
Определившись с этим значением, следует выбрать транзистор, исходя из максимального тока нагрузки, с параметром β > 1.1 x Iн_макс / Ireg . Будет лучше, если запас усиления транзистора составит величину — 10. 20%.
Тогда значение R1 можно будет вычислить по следующей формуле:
R1 ≈ (β x V_бэ) / (Ireg x β — Iн_макс) , где Vбэ ≈ 0,7В для простых транзисторов и 1,4В — для составных.

Таким же способом можно умощнить и стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки (Рис.6).

Рис.6 Умощнение стабилизатора тока на LM317 внешним транзистором

И под занавес приведу схему двуполярного источника питания с регулируемым напряжением (± 1,2. 35 В), опубликованную в одном из зарубежных источников (Рис.7).

Рис.7 Схема двуполярного блока питания

Для повышения надёжности устройства в него следует добавить пару защитных диодов по аналогии со схемой, изображённой на Рис.1.

LM117, LM217, LM317 — регулируемый стабилизатор тока и напряжения. Схема включения, параметры, регулировка выходного напряжения.

Регулируемые трехвыводные стабилизаторы положительного напряжения LM117, LM217 и LM317 обеспечивают ток нагрузки на выходе более 1.5 А в интервале выходных напряжений от уровня 1.2 до 37 В. Эти простые и дешевые стабилизаторы очень удобны в применении им необходимо всего два внешних резистора для установки уровня выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизаторов LM117/LM217 имеет лучшие показателями, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения. Достоинством ИС LM117 является также и то, что она выпускается в стандартном транзисторном корпусе, удобном для установки и монтажа.

Распиновка, цоколевка корпусов

Стабилизаторы LM117К, LM217K, выпускаются в стандартном транзисторном корпусе ТО-3, в то время как ИС LM117H, LM217H, LM317H — в транзисторном корпусе ТО-39.

В дополнение к улучшенным, по сравнению с традиционными стабилизаторами, имеющими фиксированное значение выходного напряжения, технико-эксплуатационным показателям, стабилизаторы серии LM117 имеют все доступные для ИС средства защиты от перегрузки, включая схемы ограничения тока, защиты от перегрева и защита от выхода из области безопасной работы. Все средства защиты стабилизатора от перегрузки функционируют также и в случае, когда управляющий вывод ИС не подключен. Обычно стабилизаторы серии LM117 не требуют подключения дополнительных конденсаторов, за исключением ситуации, когда ИС стабилизатора установлена далеко от конденсатора фильтра исходного источника питания; в такой ситуации требуется входной конденсатор. Необязательный выходной конденсатор позволяет улучшить стабилизацию на высоких частотах, а шунтирование конденсатором управляющего вывода ИС повышает значение коэффициента сглаживания пульсаций напряжения, что труднодостижимо в остальных известных трехвыводных стабилизаторах.

Кроме замены традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения, ИС LM117/LM217 удобны для работы во множестве иных применений. В силу того, что данный стабилизатор имеет «плавающие» относительно «земли» потенциалы выводов, им могут быть стабилизированы напряжения в несколько сотен вольт, при условии, что не будет превышен допустимый предел разности напряжений вход-выход.

Кроме того, ИС LM117/LM217 удобны при создании простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходным напряжением, либо для создания прецизионного стабилизатора тока простым включением постоянного резистора между управляющим и выходным выводами. При электронном отключении питания управляющий вывод подключается к земле, что задает выходное напряжение на уровне 1.2 В, при котором большинство нагрузок потребляет малый ток.

LM117 работает в температурном диапазоне -55. + 15’С, LM217 — в температурном диапазоне -25. +15’С, a LM117 — в температурном диапазоне О. +125°С. LM117TH и LM117MP, предназначенные для работы в температурном диапазоне О. +125″С, выпускаются в пластмассовых корпусах ТО-220 и ТО-202, соответственно.

В областях применения, с выходным током в пределах 3 А и 5 А рекомендуются серии LM150 и LM138, соответственно (все необходимые справочные данные о стабилизаторах серий LM150 и LM138 можно найти в фирменных проспектах и справочниках).

• Минимальное значение выходного напряжения — 1.2 В;
• Максимальное значение выходного напряжения — 37 В;
• Гарантированный выходной ток (нагрузки) — 1.5 А;
• Нестабильность по напряжению — 0.01%/В;
• Нестабильность по току нагрузки — 0.1%;
• Коэффициент подавления напряжения пульсаций — 80 дБ;
• Уровень ограничения выходного тока не зависит от температуры;
• Тестирование каждого изделия на соответствие требованиям к электрическим характеристикам;/li>
• Снимается необходимость применения «подпорки» для обеспечения высоковольтного выходного напряжения;
• Стандартный трехвыводной транзисторный корпус;

Схема включения

Стандартная схема включения LM117 (LM217, LM317).

Стабилизатор тока на LM117 (LM217, LM317) можно применять в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторов или регулируемых блоков питания. Схема подключения для стабилизации тока показана ниже.

Типовая схема зарядного устройства со стабилизацией тока показана на рисунке ниже.

В данной конструкции используется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы LM317, ток заряда зависит от номинала сопротивления Rs. Величина этого резистора лежит в диапазоне от 0,1 Ом до 100 Ом, ток заряда при этом расчитывается по формуле.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Регулируемые стабилизаторы напряжения имеют дополнительный вывод, предназначенный для подключения делителя выходного напряжения. В связи с этим их часто называют четырехвыводными. Эти стабилизаторы применяют в тех случаях, когда необходимо иметь нестандартное выходное напряжение или требуется точная подстройка. В остальном их схемы не отличаются от трехвывод-ных стабилизаторов.  [2]

Регулируемые стабилизаторы напряжения на ТТР в отличие от стабилизаторов на стабилитронах позволяют регулировать стабилизированное напряжение в пределах от напряжения, близкого к напряжению горения тиратрона, до анодного пробивного напряжения.  [3]

Высокоточный регулируемый стабилизатор напряжения ( три LM195, соединенные параллельно, обозначены как транзистор в прямоугольнике. Танталовый; минимальный нагрузочный ток 30 мА; 2) Необязательный элемент, увеличивает подавление пульсаций.  [4]

Микросхемы представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с системой защиты от перегрева и перегрузки по току. Они допускают выключение внешним управляющим сигналом. При срабатывании системы защиты от перегрузки по току выходное напряжение уменьшается почти до нуля.  [5]

Микросхема представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа ( интегральный аналог стабилитрона) и предназначена для использования в качестве ИОН и регулируемого стабилитрона. Изготовлена по планарно-эпитаксиаль-ной технологии с изоляцией р п переходом.  [6]

Микросхема представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа ( интегральный аналог стабилитрона) и предназначена для использования в качестве ИОН и регулируемого стабилитрона. Изготовлена по планарно-эпитаксиаль-ной технологии с изоляцией р-п переходом.  [7]

Питание цепей напряжения поверяемых приборов в установке осуществляется через регулируемый стабилизатор напряжения постоянного тока типа У1136, напряжение на выходе которого можно плавно изменять от О до 450 В. Токовые цепи поверяемых приборов питаются от аккумуляторных батарей. Потенциометр типа Р2 / 1 питается от гальванических батарей и сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.  [8]

Схема ограничения тока лампы, входящая в канал защиты, представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения .  [9]

Выпрямитель на диодах VD1 — VD4 питается от трансформатора, вторичная обмотка которого рассчитана на напряжение 18В при токе нагрузки не менее 1 А. Регулируемый стабилизатор напряжения выполнен на транзисторах VT2 — VT5 по известной схеме. Переменным резистором ЯЗна выходе стабилизатора может быть установлено напряжение от 0 до 15 В.  [10]

При равновесии моста напряжение между вершинами А я В отсутствует, следовательно, на i пряжение точки А относительно земли также равно нулю. Устройство защитного потенциала типа Ф5122 состоит из выпрямителя, регулируемого стабилизатора напряжения и эмиттерно-го повторителя. Оно обеспечивает эквипотенци альность экранов моста и измерительной диагонали.  [12]

Точная установка напряжений Ек и Е3 производится компенсационным методом. Напряжение Ек контролируется вольтметром V, включенным между эталонным источником ( стабилитроном) Д2 и регулируемым стабилизатором напряжения Ек . Напряжение питания эмиттерной цепи Еэ каскада 4 устанавливается и поддерживается аналогично.  [13]

В соответствии с основными свойствами тиратронов тлеющего разряда развиваются три области их применения. Первая область применения, в настоящее время наиболее обширная, это сравнительно низкочастотные переключательные ( логические) схемы устройств автоматики и вычислительной техники, использующие специфические свойства ТТР как дискретного элемента. Вторая область применения связана с использованием высокой стабильности и большого входного сопротивления тиратронов. Эти свойства делают возможным построение на тиратронах таких устройств, как, например, реле времени высокой точности, устройств для регистрации малых токов и регулируемых стабилизаторов напряжения . Использование ТТР для индикации весьма перспективно, так как в отличие от многих других элементов, применяемых для этой цели, они обладают памятью, экономичны, управляются маломощными сигналами и имеют большой срок службы.  [14]